5G 網絡技術特點和無線網絡規劃要點研究

糟小兵

(新疆鐵道職業技術學院,新疆 烏魯木齊 841100)

0 引言

作為中國第5 代移動通信技術標準,5G 移動通信網絡技術相比于4G 網絡技術具有諸多的優點,主要包含在以下3 個方面:第一,從信號傳輸速率的角度看。基于5G 網絡技術已經具有了面向中國移動通信體系的完整網絡結構,其峰值傳輸速率較4G 網絡通信提高近10 倍,使通信過程更為順暢。 第二,從信號傳送延時的角度看。 5G 可以達到毫秒級傳送時延,為即時通信提供了非常好的技術基礎。 第三,從連接能力角度看。 5G 技術不僅可以承載千億級連接能力,全方面改善互聯網性能,還可以承載更多設備端口,存儲更多的數據量,使時延體驗無限逼近于“零”。 信息化、數字化社會經濟的蓬勃發展離不開5G。 5G 技術將于逐步成為現代移動通信的技術基礎,并應用到社會生產生活中。

1 5G 網絡技術的特點和研究現狀

1.1 5G 網絡特點

與4G 網絡系統相比,5G 網絡的性能明顯提高,具體表現為以下4 個方面。 第一,5G 網絡大幅提升了移動通信的數據傳輸水平,以適應在相同基站內應用時對移動通信的多樣化要求。 第二,高效的傳送數據能力能確保網絡用戶設備終端密切鏈接無線段,從而獲得有效的數據信息支撐。 第三,5G 網絡確保了網絡資源的合理有效分享,通過全方面提升空閑網絡資源的利用率,可以增加高頻段或頻譜資源在移動通信過程中的有效使用。 第四,5G 網絡技術可以在提高通信品質的同時,極大地減少運營成本。

1.2 5G 網絡技術的特性

面向業務和使用環境條件的特殊性,5G 網絡根據《5G 白皮書》具體界定了面向使用與互聯網技術開發的特殊場景[1]。 首先,eMBB 場景。 重點面向的是當前為滿足市場需要,而進行合理網絡系統建設以及使用5G 技術的移動寬帶服務場合。 其次,mMTC 場景。 重點確定了在6 GHz 以下的頻率為重點建設領域,重點面向以物聯網及NB-IoT 技術為重要內涵且建設規模較大、對能耗要求低的區域,重點關注在人和物相結合。 最后,uRLLC 場景。 重點運用在汽車制造業、機車工業等服務行業,以提高互聯網科技的使用能力。

1.3 5G 網絡關鍵技術的研發現狀

通信科學技術在近年來發展快速,并不斷更新與迭代,人們通過反思過去技術中所出現的不足與問題,由2G,3G,4G 逐步發展至5G,基本完成了關鍵科技的跨越,隨著經濟信息化程度提高,現代數字化經濟發展,人民的生活品質得到了明顯改善[2]。 所以,作為新型的通信技術,5G 網絡技術已成為社會科學家、技術研究專家的重點研究領域。

1.4 對5G 網絡工程的支持力度加大

近年來,我國正逐漸加強對5G 網絡工程的支持力度,并加快了有關5G 網絡的建設工作。 不管是之前的2G/3G/4G 技術,還是今后將要在國內全面鋪開的5G技術,都全面反映了通信科技為中國人民日常生活所帶來的巨大影響。 與傳統的2G/3G/4G 技術相比,5G技術在提高信息網絡資源的科學利用、提高數據的傳輸速度等方面都具有得天獨厚的優勢,再加上5G 通信技術的高靈活性特點,使其可以與其他網絡通信技術以及無線等移動信息技術更高效的融合,從而為通信科技的發展提供更多的機會。

2 5G 網絡技術的發展規劃步調

2013 年年中時,中國已進行了關于5G 聯網科技蓬勃發展的關鍵性指標研究,并在2 年內就中國第5 代互聯網通信科技的發展愿景、應用要求、關鍵技術特征、關鍵技術指標等方面問題做出了更深入的討論。2018—2019 年,網絡研究的技術發展遠遠快于預測,通信服務提供者和網絡運營商對5G 科技的發展節奏和預測都相對樂觀。 5G 網絡通信技術發展速度明顯快于前幾代。 當時專家認為,到2019 年網絡運營商對5G科技的ITU 要求和對發展節奏的管理將會更加完備,并會形成較完善的5G 技術標準[3]。

3 5G 應用場景以及相關要求

通過ITU 所提出和規劃的國際標準場景,在eMBB現場、mMTC 國際標準現場以及URLLC 規范的實際應用中,5G 技術再增加現場信息力度,過濾海量的信息,提高工作效率,降低成本等方面都給出了針對不同場合的細化需求。 5G 通信網絡研究的另一項十分關鍵的特征,便是更高的安全性和更少的延遲特性。 通過分析移動網絡與移動物聯網市場,有助于在移動網絡情景中更好地將連續廣域范圍情景與熱點高容量情景加以較好的區別與處理。

4 5G 無線網絡規劃工作要點分析

4.1 明確了5G 網絡技術對無線上網規劃中所產生的環境影響問題

當5G 網絡技術正式投入使用以后,就必須對接入的現有信息系統及網絡結構加以整合和處理,使5G 網絡技術有效納入當前的無線上網中,勢必也會對其產生相應的環境擾動和負面影響,主要是對無線接入網絡的設備運行工作模式,及其對以往的設備運營工作狀態產生直接影響。 為充分保證5G 網絡技術和傳統無線網絡技術之間的進一步融合,必須將傳統形態下的無線傳輸介質接在網室內基帶處理工作單元與CU/DU 工作模板之間進行有效整合,使遠部射頻模塊和移動5G 無線網絡天線系統模板之間高效融合,從而進一步發展成AAU 一體化工作模板,促進5G 無線接入網的信息化發展,促進傳統無線網絡系統向智能化和專業化發展。 但在進行無線網絡建設工作的過程中,傳統形勢下的無線網絡規劃工作方式和無線網絡的運維工作體系之間仍然存在一些問題和不足,并不完全適用于新型的5G 無線網絡運行工作模式,因此需要根據5G 接入網絡系統架構的工作特點,充分發揮出5G 網絡信息快速傳輸的工作優勢,提高無線網絡的信息傳輸工作效率,對以往的無線網絡系統展開整改與規劃,有針對性地完成整個網絡系統的結構布局[4]。

4.2 全面加強5G 網絡技術與關鍵性技術的集成應用

通過對這些內容分析可以發現,根據中國萬物互聯網的規劃設計工作特點,5G 互聯網技術在現實應用過程中的使用范圍更廣,服務場景更為多樣,數據信號的傳遞效率也更快,用戶的體驗感更好。 5G 網絡技術具有低延遲、高可靠性和低功耗的高效傳輸特性。 為了充分明確5G 網絡技術的未來發展方向,在5G 網絡技術應用標準越來越完善的條件下,相關工作人員需要在5G 網絡技術的應用中合成多種關鍵性技術內容,充分保證無線網絡規劃工作的科學性和合理性。

4.3 使用新型空口技術

新型空口技術主要是用于提高頻譜工作效率,比較常見的新型空口技術在使用過程中主要涵蓋大規模的MIMO 技術,其采取多輸入、多輸出系統模式及5G低頻新空口技術等多項關鍵技術要點。 基于大規模MIMO 技術的應用可以進一步改善信息通信效率和質量形成天線陣列,有效完成大規模數據的同步傳輸,還可以有效防止相同性的信息傳輸過程中產生的干擾性問題,全面提高信息通信效率和穩定性,提高通信系統的頻譜效率,避免出現信息傳輸過程中產生失真等各種問題。

4.4 針對5G 接入網結構特點而進行的無線網絡規劃

首先,在無線網絡規模布置方面。 應按照預先計劃、配套現象的原則,根據5G 接入網核心建設模塊的結構特征和區域服務要求,對設備機房做出科學的規劃。 其次,需要合理選擇移動5G 頻譜措施,因為其和5G 網絡結構的部署質量之間,有很密切的聯系。 通常來講,5G 的網絡頻段主要包括低頻率段、高頻段二種。在網絡中,低頻段最需要處理的問題是6 Hz 以下低頻段資源不夠,可以將已有的部分2G,3G 和4G 退網撤頻。 為了給5G 網留下更多的空間資源,需要對零散頻段和頻譜資源加以重耕。 對于高頻段,則需針對無線傳輸狀況和要求做好調研了解,并針對“理想異質化網絡系統”的規劃要求,合理做好基站選擇工作,針對5G 的使用場景合理選用組網技術。 此外,還可以運用高低頻率混合組網形式,對網絡特性實行了深入優化。 最后,通過預先開展的5G 接入試點工作,對5G網絡性能和服務品質加以了解與把握,并根據5G 無線網絡運營中出現的技術問題有針對性地做出改善,以便更好地滿足用戶的上網要求,提升接入網服務體驗性能,推動網站設計、施工與業務管理方面的全面優化[5]。

4.5 路線和場景技術

路線與場景信息技術和5G 網絡信息技術之間的高效融合和運用,將能有效克服在無線局域網信號傳送過程中存在的功率劑量過大、信號傳送可靠性少等問題,不僅能夠實現將更高頻段的頻譜資源高速傳送,提高信號資源在傳送過程中的效率和穩定性,還能合理銜接高頻通信技術方法和終端信息系統,有效縮短信息傳輸工作的距離,提高信息傳輸工作的效率。 在有效提高信號傳遞效果的前提下,可以減少頻譜資源的損失率。 與此同時,在無線網絡建設工作流程中,可利用高低頻率作為其中的重要協作工作理論,并結合干擾辨識和抗干擾管理等多種技術方式,有效地提升無線網絡信息容量和信息傳遞效率,避免在信息傳輸過程中無線網絡系統受到外部環境因素的干擾而產生偏差問題[6]。

4.6 無線網絡架構技術

5G 網絡架構技術的有效應用,可以全面提高無線網絡的通信效率和質量,保證無線網絡在充分滿足上述不同場景的信息通信性能的需求條件下,提高整個無線網絡的運轉工作質量和穩定性。 在針對無線網絡架構關鍵技術的實際應用工作流程中,有關人員必須把軟件定義網絡和網絡功能區的基本方法視為對該項工作的最基本要求,如此才能實現對無線網絡結構的高效整合。 在整個5G 無線網絡架構工作當中,必須對無線網絡基站的主體功能進行全面細分,確保基站能夠形成單一的系統控制工作單元和分布式監控工作單元二個功能主體[7]。 其中,系統控制工作單元只有應用于非實時化的無線高程協議工作中,才能完全完成對無線網絡結構的有效管理;而分布式網絡結構控制單元,主要應用于物理層和實時化業務層中,能夠完成無線網絡結構的專業化管理,提高無線網絡架構的整體計算水平和信息處理工作效果。

4.7 組織實施試點工作,通過試驗提高接入網業務體驗性能

面對人數增加而產生的通訊要求日益提高,世界各國都明確提出了改進無線通信技術的要求,而5G 網絡就以其在多方位的突出優點,作為科技研發的第一選項。 鑒于目前5G 網絡已經在世界各地引起了普遍重視,本文重點研究怎樣利用突破當前的關鍵技術問題,以形成科技和工業雙向并重發展的新態勢,同時進行示范區網絡試驗也是技術研發中必須注意的要點[8]。 首先,試驗示范區作為有關技術人員熟悉5G 網絡技術及入網服務的重要起步地,要加強有關技術人員對組網流程的理解,促進5G 網絡系統關鍵技術研究的進一步優化,對進一步提升在雙網融合工作過程中的高效網絡安全組織部署設置,具有積極正面的深遠影響。 其次,從區域內應用需要來看,網絡試驗的實施不但可以根據使用者的具體感受感知,優化感受度,而且也以當前的社會通信需求特點為歷史背景,透過無線網絡建設為人們生產生活快速發展賦予了方便,是5G 網絡規模化運營的重要技術保證。 數據業務高速發展已然成為中國信息化時代的主旋律,經過加大投入與廣泛建立相關網絡應用試點,再加上高精尖技術研發隊伍堅持不懈的研究,5G 網絡技術將融入各個信息化應用領域中,以滿足用戶需要與感受為中心,以動態切片方法為主,進行性能獨立的通信業務與網絡切片,更為科學合理地對網絡資源進行合理分配與使用[9-10]。

5 結語

為適應未來實現萬物互通的需求,在新空口的各種技術指標影響下,要充分考慮為應用帶來信息更為協調統一的連接感受。 重新科技的視角與層面出發,對通信網絡覆蓋下的應用提出以用戶為中心的新連接模式。 例如,關于UCN 的連接模塊,運用新網絡信息技術可以給應用帶來信息資源共享。